Grundlegende Zusammensetzung der drei Typen
Bei allen drei Thermoelementtypen bestehen beide Pole aus Platin-Rhodium-Legierungen; der Unterschied liegt im Rhodiumgehalt.
- Typ S (Platin-Rhodium 10 – Platin): Der Pluspol besteht aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit 10 % Rhodium, der Minuspol aus reinem Platin. Im Volksmund als Einzel-Platin-Rhodium-Thermoelement bezeichnet.
- Typ R (Platin-Rhodium 13 – Platin): Der Pluspol besteht aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit 13 % Rhodium, der Minuspol aus reinem Platin. Gehört ebenfalls zu den Einzel-Platin-Rhodium-Thermoelementen.
- Typ B (Platin-Rhodium 30 – Platin-Rhodium 6): Der Pluspol besteht aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit 30 % Rhodium, der Minuspol aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit 6 % Rhodium. Da beide Pole aus Platin-Rhodium-Legierungen bestehen, wird es im Volksmund als Doppel-Platin-Rhodium-Thermoelement bezeichnet.
Temperaturmessbereich und Temperaturbeständigkeit
Der Hauptunterschied zwischen den drei Typen liegt in der maximalen Einsatz temperatur. Typ S und Typ R sind sich recht ähnlich: Die Dauereinsatztemperatur beträgt bis zu 1300 °C, kurzfristig sind bis zu 1600 °C möglich. Der Unterschied besteht darin, dass die Thermospannung des Typs R etwa 15 % höher ist als die des Typs S, was ein etwas stärkeres Ausgangssignal ergibt. Typ B hat die höchste Temperaturbeständigkeit: Dauereinsatztemperatur bis zu 1600 °C, kurzfristig bis zu 1800 °C, geeignet für extrem hohe Temperaturen.
| Typ | Dauereinsatztemperatur | Kurzfristige Einsatztemperatur |
| S | 1300 °C | 1600 °C |
| R | 1300 °C | 1600 °C |
| B | 1600 °C | 1800 °C |
Stanford Advanced Materials (SAM) vertreibt Platin-Rhodium (Pt-Rh)-Thermoelementdrähte der Typen R, S und B in verschiedenen Drahtdurchmessern.
Bei der praktischen Auswahl: Liegt der Messbedarf zwischen 1000 °C und 1300 °C, können sowohl Typ S als auch Typ R die Anforderungen erfüllen. Wenn die Betriebstemperatur jedoch den Hochtemperaturbereich von 1200 °C bis 1600 °C erreicht, muss ein Thermoelement vom Typ B gewählt werden.
Vergleich von Genauigkeit und Stabilität
Unter den drei Typen gilt das Thermoelement vom Typ S als das standardisierte Thermoelement mit der höchsten Genauigkeit und besten Stabilität. Es diente lange Zeit als Interpolationsinstrument für die internationale Temperaturskala. Typ R ist in seinen Leistungen mit Typ S vergleichbar, mit leicht überlegener Stabilität und Reproduzierbarkeit. Auch Typ B bietet hohe Genauigkeit und gute Stabilität und ist für Messungen oberhalb von 1600 °C geeignet.
Die gemeinsamen Vorteile aller drei Typen sind hohe Oxidationsbeständigkeit, stabile thermoelektrische Eigenschaften und lange Lebensdauer. Nachteile sind die geringe Thermospannung, niedrige Empfindlichkeit und hohe Kosten.
Einzigartiger Vorteil von Typ B: Keine Ausgleichsleitungen erforderlich
Das Thermoelement vom Typ B hat eine sehr praktische Eigenschaft: Im Temperaturbereich von 0–50 °C beträgt seine Thermospannung weniger als 3 μV, sodass der Einfluss auf die Messgenauigkeit vernachlässigbar ist. Daher benötigt Typ B normalerweise keine Ausgleichsleitungen; es können gewöhnliche Kupferleitungen direkt mit dem Anzeigegerät verbunden werden. Diese Eigenschaft ist besonders in industriellen Umgebungen mit großflächiger, langstreckiger Verkabelung nützlich, da sie die Installation vereinfacht und Kosten spart. Typ S und Typ R hingegen benötigen spezielle Ausgleichsleitungen, deren Fehler relativ groß ist.
Umgebungsbedingungen
Alle drei Typen sind für oxidierende und inerte Atmosphären geeignet und können kurzzeitig im Vakuum verwendet werden. Im Vakuum zeigt Typ B die beste Stabilität.
Gemeinsame Einschränkungen: Sie sind nicht geeignet für reduzierende Atmosphären oder Umgebungen, die Metall- oder Nichtmetall-Dämpfe enthalten (z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Metalldämpfe). Solche Umgebungen korrodieren die Platin-Rhodium-Elektroden schnell, was zu Messfehlern oder zur Zerstörung des Thermoelements führt. In diesen Fällen muss eine nichtmetallische Schutzröhre zur Isolierung verwendet werden.
Entscheidungshilfe für die Auswahl
Basierend auf der obigen Analyse kann die Auswahl nach folgender Logik getroffen werden:
- Wahl von Typ S: Temperaturen unter 1300 °C, hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit, relativ begrenztes Budget. Typ S ist der am weitesten verbreitete Typ und bietet das relativ beste Preis-Leistungs-Verhältnis der drei.
- Wahl von Typ R: Gleicher Temperaturbereich wie Typ S, aber eine etwas höhere Thermospannung gewünscht. Hinweis: Typ R ist in China bei weitem nicht so verbreitet wie Typ S; die Verfügbarkeit von passenden Instrumenten und Ersatzteilen könnte weniger bequem sein.
- Wahl von Typ B: Messung extrem hoher Temperaturen um 1600 °C; oder Vereinfachung der Verkabelung durch Wegfall von Ausgleichsleitungen gewünscht; oder Vakuumbetrieb. Typ B ist die erste Wahl für Messungen bei extrem hohen Temperaturen.
Anwendungshinweise
Unabhängig vom gewählten Typ sollten folgende Punkte beachtet werden:
- Der Durchmesser der Thermoelementdrähte beeinflusst die mechanische Festigkeit und die Beständigkeit gegen Verunreinigungen. Bei Annäherung an die maximale Einsatztemperatur wird ein größerer Drahtdurchmesser empfohlen.
- Platin-Rhodium-Thermoelemente sind sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Der direkte Einsatz in schwefel-, silizium- oder kohlenstoffhaltigen Atmosphären muss unbedingt vermieden werden.
- Nach längerem Gebrauch können die thermoelektrischen Eigenschaften driften. Es wird empfohlen, das Thermoelement mindestens einmal jährlich zu kalibrieren, um die Messgenauigkeit sicherzustellen.
